Attorno alla stella PDS 70, a circa 370 anni luce da noi, orbitano due giganti gassosi, PDS 70 b e PDS 70 c. Più vicino all’astro però, c’è ancora un disco di gas e polvere, in cui gli scienziati pensano si stiano formando dei pianeti rocciosi. Proprio qui, grazie allo strumento MIRI (Mid InfraRed Instrument) del James Webb, è stata di recente rilevata dell’acqua. Secondo le prime analisi, l’acqua sarebbe presente sotto forma di vapore caldo, a una temperatura di 330°C.
Questo è il primo rilevamento di questo tipo in un disco protoplanetario di un sistema che ospita almeno già due pianeti.
Eventuali pianeti rocciosi prodotti nel disco interno beneficerebbero di un sostanziale serbatoio d’acqua in quella zona, migliorando le possibilità di abitabilità future. La scoperta, quindi, offre la prova di un nuovo meccanismo per fornire acqua a pianeti potenzialmente abitabili, già durante la loro formazione.
La firma dell’acqua dove non era mai stata trovata
Con i suoi 5.4 milioni di anni, quello di PDS 70 è il primo disco relativamente vecchio in cui gli astronomi hanno trovato l’acqua. Nel corso del tempo infatti, il contenuto di gas e polvere dei dischi che formano i pianeti diminuisce. O la radiazione o il vento della stella centrale rimuovono materiale come polvere e gas, oppure la polvere si trasforma in oggetti più grandi che alla fine formano pianeti.
Poiché gli studi precedenti non sono riusciti a rilevare l’acqua nelle regioni centrali di dischi similmente evoluti, gli astronomi sospettavano che potesse non sopravvivere alla dura radiazione stellare, portando ad ambienti rocciosi asciutti di formazione di pianeti.
PDS 70 dimostra che quest’ipotesi non è corretta, non in generale almeno. Di conseguenza, i perimetri interni dei dischi evoluti e impoveriti di polvere potrebbero non essere così asciutti. In tal caso, molti pianeti terrestri che si formano in quelle zone potrebbero nascere con un ingrediente chiave per sostenere la vita.
Da dove viene quest’acqua?
La ricerca è stata portata avanti dalla collaborazione MINDS (MIRI Mid-Infrared Disk Survey). Si tratta di un programma del JWST che coinvolge istituti di ricerca di 11 diversi paesi europei. Questa indagine mira a identificare le proprietà dei dischi di gas e polvere attorno alle giovani stelle, che possono insegnarci le condizioni che determinano la composizione dei pianeti che potrebbero formarsi lì.
Poiché non ci si aspettava questi risultati, il team MINDS sta indagando su diversi scenari per spiegare la scoperta. Una possibilità prevede che l’acqua sia un residuo di una nebulosa inizialmente ricca d’acqua, che ha preceduto l’attuale stadio del disco. L’acqua è abbastanza comune, in particolare nel suo stato ghiacciato, e quando viene sottoposta a calore vicino a una stella in formazione, evapora e si mescola con gli altri gas.
Sfortunatamente, però, le molecole d’acqua sono piuttosto fragili. Si rompono facilmente in costituenti più piccoli (idrogeno e ossigeno) quando vengono colpite dalla radiazione UV della stella vicina. Il materiale circostante, però, come la polvere e le stesse molecole d’acqua ancora integre, funge da scudo protettivo. Di conseguenza, almeno una parte dell’acqua rilevata vicino a PDS 70 potrebbe essere sopravvissuta alla distruzione.
Un’altra fonte potrebbe essere il gas che entra dai bordi esterni del disco. In determinate circostanze, l’ossigeno e l’idrogeno gassoso possono combinarsi e formare vapore acqueo. Inoltre, la resistenza del gas in movimento può trascinare particelle di polvere ricche di acqua che migrano dall’anello di polvere esterno. La stella centrale è così debole che non può far evaporare il ghiaccio d’acqua alla distanza di quell’anello. Solo quando i granelli di polvere entrano nel disco interno vicino alla stella, il ghiaccio si trasforma in un gas.
Futuri pianeti abitabili? Forse sì
La scoperta permessa da MIRI lascia facilmente immaginare che le possibilità di trovare pianeti rocciosi abitabili con molta acqua per sostenere la vita siano molte più di quanto si stimasse in precedenza. I progressi del programma MINDS, alla fine, mostreranno se l’acqua è comune nelle zone di formazione di pianeti rocciosi dei dischi intorno a giovani stelle, o se PDS 70 è solo un’eccezione.
Il seguente video illustra il rilevamento dell’acqua da parte di MINDS nella zona vicino alla stella PDS 70, con lo spettro che mostra le firme d’acqua trovate dallo strumento MIRI di Webb. Credits: Thomas Muller (HdA/MPIA), G. Perotti et al. (MINDS Collab.)
Per questo studio, il team MINDS ha utilizzato MIRI per scomporre la radiazione infrarossa ricevuta da PDS 70 in firme di piccoli intervalli di lunghezza d’onda, in modo simile alla distinzione di un singolo colore in molte sfumature diverse. In questo modo, il team ha isolato una vasta gamma di firme idriche individuali utilizzate per calcolare temperature e densità. Tuttavia, sono necessarie ulteriori osservazioni per avere un quadro più completo della situazione.
Gli astronomi hanno già ottenuto osservazioni con telescopi terrestri, e aspettano la prossima serie di presa dati con il Webb per ottenere immagini dettagliate del disco interno di PDS 70 interno. Chissà mai che non ci sia già qualche pianeta roccioso nascosto dalla polvere, lì da qualche parte…
L’articolo, pubblicato su Nature, è reperibile qui.
